不同构型潜射航行器倾斜出水流场演化特性

研究头部构型、发射角度、发射速度对潜射航行器跨介质出水载荷及水流场演化特性的影响.基于潜射航行器跨介质出水弹射试验及数值仿真数据,采用统计学相关分析与跨介质水动力、水流场演变特性相结合的方式,揭示各试验影响因素对航行器跨介质水流场特性的影响及机理.研究结果表明,各因素影响航行器跨介质稳定性的程度关系为:头部构型>发射角度>发射速度.影响潜射航行器跨介质出水载荷及水流场演化稳定特性的因素如下:1)头部构型差异引起流场脱落涡强度与脱落涡频率的不同,影响了湍动能耗散(最大耗散为0.075 J);2)发射角度不同引起了航行器运动状态与分力的改变;3)发射速度不同引起的初始动能不同诱发跨介质动能耗散不一.

跨介质弹体出水稳定性

研究弹头构型、发射角及弹射速度对弹体跨介质稳定性的影响机制,为多样化弹道跨介质兵器/飞行器的设计提供试验及理论支持.开展弹体跨介质出水试验及数值仿真,经瞬时图像集解析获取弹体跨介质偏转角变化量及运动轨迹,构建高精度气/水跨介质数值模型,揭示弹体穿越气/水界面过程中弹头构型、发射速度、发射角对弹体承载分布及跨介质稳定性的作用机制.研究结果表明,弹体气/水跨介质数值模型计算误差<5%;同一弹体跨介质出水稳定性随发射速度、发射角增大而提高;相同发射工况时,各弹头构型跨介质出水稳定性:圆弹头>90°锥形头>120°锥形头>平弹头;跨介质弹体表面液膜形态对称性越好、液膜面积变化量越小则有利于减少弹体跨介质径向载荷振幅,提升跨介质稳定性.

电解微气泡生长行为及驻留稳定性

分析微凹坑、疏水涂层及电解规范对于微气泡生长行为及驻留稳定性的影响和作用机制,实现自适应电解微气泡启停控制及稳定驻留。制备壁面聚酰亚胺绝缘涂层底面Pt电极微凹坑电解试片,进行普通及疏水壁面电解微气泡静水观测试验。研究结果表明:电解试片可实现电解微气泡启停控制及稳定驻留;电解微气泡从形核位点开始生长,疏水壁面可形成更多形核位点,促进微气泡生长;NaCl浓度由0.5%增大至3.5%时,普通及疏水壁面微气泡起始反应电压分别减小约4.43%、2.31%;NaCl浓度由0.5%增大至2.5%时普通及疏水壁面微气泡充溢微凹坑电压减小,NaCl浓度大于2.5%时微气泡充溢微凹坑电压趋于稳定值;增大电解电压直接高效促进氢离子与电子结合,显著加速电解微气泡生长至稳定直径;相同试验参数下,疏水壁面可形成较大微气泡稳定直径,缩短达到稳定直径时间,增大接触角从而提升微气泡驻留稳定性。

驻留式电解微气泡流动稳定性及减阻性能

针对航行体表面稳定高效水下减阻问题,提出自稳式电解微气泡阵列流动减阻性能试验研究。制备电极壁面微柱孔阵列表面试片经电解形成稳定微气泡阵列气膜,揭示电解电压、微柱孔尺寸、来流速度影响电解微气泡生长行为、驻留稳定性的作用机制,通过试验及数值方法研究微气泡阵列流动减阻性能,分析减阻机理。研究结果表明,电极壁面微柱孔可实现微气泡电解自适应启停控制;相同微柱孔直径时,电解电压增大则微气泡达到稳定直径用时越短,但微气泡阵列稳定时间及驻留率降低;相同电解电压下,250μm柱孔内微气泡达到稳定直径用时较少,且微气泡阵列稳定时间及驻留率更佳;气膜型驻留微气泡较突出型具备更强的驻留稳定性;电解电压为20 V时,250μm柱孔微气泡阵列气膜表面样片平均减阻率约为23%,微气泡阵列稳定时间及驻留率达到最大值为420 s、95.46%;驻留微气泡形变及气/水两相界面力共同作用使得微气泡上侧产生大量上抛高速流动,抑制了流向涡下扫流动猝发,显著减小近壁区雷诺切应力;微气泡阵列近壁数值平均湍动能约为0.010 m^(2)/s^(2)小于纯平板(约为0.021 m^(2)/s^(2)),微气泡阵列壁面数值平均剪切力约为30 Pa小于纯平板(约为55 Pa),故可达到高效湍流减阻。